第一章流體流動(dòng)

1、一、填空題（每空1分，共20分）1、牛頓粘性定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 ,粘度在SI制中的單位是 ， 服從 此 定律 的 流 體稱 為2、 實(shí)際流體與理想流體的主要區(qū)別在于 ，實(shí)際流體柏努利方程與理想流體柏努利方程的主要區(qū)別在 于。3、 某設(shè)備上，真空度的讀數(shù)為80mmHg,其絕壓=mH20,Pa.該地區(qū)的大氣壓為720mmHg。8.7mH 20,8.53 104pa.4、常溫下水的密度為1000學(xué)3，粘度為1cp，在小內(nèi)=100mm的管內(nèi)以3嘆速度流動(dòng)，其流動(dòng)類(lèi)型為 。Re =0.1310001.10一35=3 105。湍流。5、在流動(dòng)糸統(tǒng)中，若截面上流體的流速、壓強(qiáng)、密度等僅隨 變,不隨 變，稱為

2、穩(wěn)定流動(dòng)。若以上各量既隨 變，又隨 變，稱為不穩(wěn)定流動(dòng)。6流體在粗糙管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)與和有關(guān)；若其作完全湍流（阻力平方區(qū)），則僅與有關(guān)。7、 因次分析的依據(jù)是 。8、從液面恒定的高位槽向常壓容器加水，若將放水管路上的閥門(mén)開(kāi)度關(guān)小，則9、 管內(nèi)水流量將 ，管路的局部阻力將 ，直管阻力將，管路總阻力將。等邊三角形的邊長(zhǎng)為a，其當(dāng)量直徑為。10、 用阻力系數(shù)法來(lái)計(jì)算突然擴(kuò)大和突然縮小的損失時(shí)，按 管內(nèi)的流速來(lái) 計(jì)算動(dòng)能項(xiàng)。二選擇題（每小題2分，共30分）1、通常流體的粘度隨溫度的變化規(guī)律為（）。A. 溫度升高，粘度減小B. 溫度升高，粘度增大C. 對(duì)液體溫度升高粘度減小，氣體反之D. 對(duì)液

3、體溫度升高粘度增大，氣體反之2、裝在某設(shè)備進(jìn)口處的真空表讀數(shù)為 50 kPa,出口處壓強(qiáng)表的讀數(shù)為100 kPa,此設(shè)備進(jìn)出口處的絕對(duì)壓強(qiáng)差為（）kPa。A. 150 B. 50 C. 75 D.以上都不對(duì)3、層流和湍流的本質(zhì)區(qū)別是（）oA.流速不同B.流通截面積不同C.雷諾數(shù)不同D.層流無(wú)徑向脈動(dòng)，湍流有徑向脈動(dòng)4、液體在兩截面間的管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其流動(dòng)方向是（）。A.從位能大的截面流向位能小的截面B. 從靜壓能大的截面流向靜壓能小的截面C. 從動(dòng)能大的截面流向動(dòng)能小的截面D. 從總能量大的截面流向總能量小的截面5、 某流體在內(nèi)徑為dO的水平直管中穩(wěn)定流動(dòng)，其流速為uo,當(dāng)它以相同的體積 流量

4、通過(guò)等長(zhǎng)的內(nèi)徑為di （d1=do/2）的直管時(shí)，其流速為原來(lái)的（）倍。A. 2 B. 4 C. 8 D. 166 流體是由無(wú)數(shù)分子集團(tuán)所組成的連續(xù)（）介質(zhì)。A.空白 B.連續(xù) C.輻射 D.漂流。7、 流體在圓管內(nèi)層流流動(dòng)時(shí)，平均速度是最大速度的（）。A.四分之一B.一半C.二倍；D.四倍。8、 流體在長(zhǎng)為3m、高為2m的矩形管道內(nèi)流動(dòng)，則該矩形管道的當(dāng)量直徑 為。A. 1.2m;B. O.6m;C. 2.4m；D. 4.8m。9、用離心泵在兩個(gè)敞口容器間輸送液體。若維持兩容器的液面高度不變，則當(dāng)輸送管道上的閥門(mén)關(guān)小后，管路總阻力將 。A.增加；B.不變；C.減小；D.不確定。10、流體在圓

5、形直管中流動(dòng)時(shí)，若其已進(jìn)入阻力平方區(qū)，則摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù) Re的關(guān)系為（）。A. Re增加，入增大B. Re增加，入減小C. Re增加，入基本上不變D. Re增加，入先增加大后減小11、因次方析的目的在于（）。A .得到各變量間的確切定量關(guān)系.B.用無(wú)因次數(shù)群代替變量，使實(shí)驗(yàn)與關(guān)聯(lián)簡(jiǎn) 化.C.得到無(wú)因次數(shù)群間定量關(guān)系.D .無(wú)需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即可得到關(guān)聯(lián)式.12、 流體流過(guò)兩個(gè)并聯(lián)管路管1和2,兩管內(nèi)均呈滯流。兩管的管長(zhǎng) L仁L2、管內(nèi)徑d仁4d2,則體積流量V2/V1為（）oA. 1/2 B. 1/4 C. 1/8 D. 1/16三計(jì)算題1. 如附圖所示，水在水平管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體在某截面

6、處的壓力，直接在 該處連接一 U形壓差計(jì)，指示液為水銀，讀數(shù) R= 250mm, h = 900mm。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa,水的密度= 1000 kg/m3,水銀的密度 訂=13600 kg/m3。試計(jì)算該截面處的壓 力。解：圖中A-A面間為靜止、連續(xù)的同種流體，且處Pa = PaPa 二 PgmgR于同一水平面，因此為等壓面，即Pa = PA于是Pa 二 p gm gR則截面處絕對(duì)壓力p 二 Pa - 5 - ogR= 101300-1000 9.81 0.9-13600 9.81 0.25= 59117Pa或直接計(jì)算該處的真空度Pa - p = ：gm GgR= 1000 9.

7、81 0.9 13600 9.81 0.25= 42183Pa由此可見(jiàn)，當(dāng)U形管一端與大氣相通時(shí)，U形壓差計(jì)實(shí)際反映的就是該處 的表壓或真空度。U形壓差計(jì)在使用時(shí)為防止水銀蒸汽向空氣中擴(kuò)散，通常在與大氣相通的一 側(cè)水銀液面上充入少量水，計(jì)算時(shí)其高度可忽略不計(jì)。2. 如附圖所示，水在管道中流動(dòng)。為測(cè)得A-A、B-B截面的壓力差，在管路上方安裝一 U形壓差計(jì)，指示液為水銀。已知壓差計(jì)的讀數(shù)R= 150mm，試計(jì)算A-A、B-B截面的壓力差。已知水與水銀的密度分別為 1000kg/m3和13600 kg/m3解：圖中，1-1面與2-2面間為靜止、連續(xù)的同種流體，且處于同一水平面,因此為等壓面，即Pl

8、 二 pi，P2 二 p2又Ri 二 Pa - gmP1 = P2gR = p2 ；?ogR=Pb - :?g（m R）訂gR所以 Pa - gm = Pb - Tg（m R）亠： 0gR整理得Pa -Pb珂訂）gR此結(jié)果與式（1-9）相同，由此可見(jiàn)，U形壓差計(jì)所測(cè)壓差的大小只與被測(cè) 流體及指示劑的密度、讀數(shù) R有關(guān)，而與U形壓差計(jì)放置的位置無(wú)關(guān)。代入數(shù)據(jù)Pa - Pb =（13600 -1000） 9.81 0.15 = 18540Pa3. 從一水池中用虹吸管吸水，系統(tǒng)尺寸如圖所示。所用的虹吸管直徑為38mm2.5mm的鋼管，要求送液量為3.6m3/h。設(shè)料液在管內(nèi)的壓頭損失為1.2m （不

9、包括出口能量損失），試問(wèn)高位槽的液位要高出進(jìn)料 口多少米？解：如圖所示，取高位槽液面為1-1截面，進(jìn)料管出口內(nèi)側(cè)為2-2截面，以 過(guò)2-2截面中心線的水平面0-0為基準(zhǔn)面。在1-1和2-2截面間列柏努利方程（由 于題中已知壓頭損失，用式（1-22a）以單位重量流體為基準(zhǔn)計(jì)算比較方便）Z12訓(xùn)鳶丸其中：Z1=h；因高位槽截面比管道截面大得多，故槽內(nèi)流速比管內(nèi)流速小得He=0多，可以忽略不計(jì)，即U1M0 P1=0 （表壓）；Z2=0；P2=0 （表壓）；2hf =1.2mU2Vs3.6 36000.785 0.042=0.7 9 6m/s將以上各值代入上式中，可確定高位槽液位的高度h0.7962

10、1.2 =1.23 m2 9.81計(jì)算結(jié)果表明，動(dòng)能項(xiàng)數(shù)值很小，流體位能主要用于克服管路阻力。解本題時(shí)注意，因題中所給的壓頭損失不包括出口能量損失，因此2-2截面應(yīng)取管出口內(nèi)側(cè)。若選2-2截面為管出口外側(cè)，計(jì)算過(guò)程有所不同。6. 管內(nèi)流體壓力的計(jì)算 如附圖所示，某廠利用噴射泵輸送氨。管中稀氨水的質(zhì)量流量為1 xi04kg/h,密度為1000kg/m3，入口處的表壓為147kPa。稀氨水管道的內(nèi)徑為53mm,噴嘴出口處內(nèi)徑為13m m,噴嘴能量損失可忽略不計(jì)，試求噴嘴出口處的壓力解：取稀氨水入口為1-1截面，噴嘴出口為2-2截面，管中心線為基準(zhǔn)水平 面。在1-1和2-2截面間列柏努利方程其中:Z

11、lg如2旦We=z2g u22-pZWf2 rZ1=0；p1=147X103 Pa （表壓）；ms10000 360020.785 0.05321000= 1.26m/sZ2=0；噴嘴出口速度U2可直接計(jì)算或由連續(xù)性方程計(jì)算,dt、20.053、2U2 =比（一）1.26（）20.94 m/sd20.013we=0；3Wf=o將以上各值代入上式丄 1.262 147 10 =- 20.942 P2解得P2= 71.45 kPa （表壓）2 1000 2 1 000即噴嘴出口處的真空度為 71.45kPs。噴射泵是利用流體流動(dòng)時(shí)靜壓能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行吸、送流體的設(shè)備。當(dāng)一種流體經(jīng)過(guò)噴嘴時(shí)，由

12、于噴嘴的截面積比管道的截面積小得多， 流體流過(guò)噴 嘴時(shí)速度迅速增大，使該處的靜壓力急速減小，造成真空，從而可將支管中的另 一種流體吸入，二者混合后在擴(kuò)大管中速度逐漸降低， 壓力隨之升高，最后將混 合流體送出。7.流體輸送機(jī)械功率的計(jì)算某化工廠用泵將敞口堿液池中的堿液（密度為100kg/m3）輸送至吸收塔頂，經(jīng)噴嘴噴出，如附圖所示。泵的入口管為 108X 4mm的鋼管，管中的流速為1.2m/s,出口管為 76X 3m的鋼管。貯液池中堿液的深度為 1.5m，池底至塔頂 噴嘴入口處的垂直距離為20m。堿液流經(jīng)所有管路的能量損失為 30.8J/kg （不包 括噴嘴），在噴嘴入口處的壓力為29.4kPa

13、 （表壓）。設(shè)泵的效率為60%，試求泵 所需的功率。解：如圖所示，取堿液池中液面為 1-1截面，塔頂噴嘴入口處為 2-2截面， 并且以1-1截面為基準(zhǔn)水平面。在1-1和2-2截面間列柏努利方程Z1g -u/ -P1 We 二 Z2g u 也 ZWf（a）2 ? 2 ?或We =（Z2 -Zjg 丄（口22 -U12）旦 臼 -Wf（b）2P其中： zi=O；pi=0 （表壓）;ui0z2=20-1.5=18.5m；p2=29.4 XO3 Pa（表壓）已知泵入口管的尺寸及堿液流速，可根據(jù)連續(xù) 性方程計(jì)算泵出口管中堿液的流速：U2 二 U入（土d2)2 二仁嚳)2 =2.45 m/s703p=11

14、00 kg/m3,3Wf=30.8 J/kg將以上各值代入（b）式，可求得輸送堿液所需的外加能量We =18.5 9.81 丄 2.45229.4 1030.8 二 242.02 1100J/kg堿液的質(zhì)量流量msd22u2T =0.785 0.072 2.45 1100 =10.37 kg/s4泵的有效功率Ne =Wems =242 10.37 = 2510W = 2.51kW泵的效率為60%,則泵的軸功率N旦=晉“.18 kW&分別計(jì)算下列情況下，流體流過(guò)76X3mm、長(zhǎng)10m的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（1）密度為910kg人粘度為72cP的油品，流速為1.1m/s；（2）

15、20E的水，流速為2.2 m/s。解：（1）油品：Red ?u0.07 910 1.172 10”-973 ： 2000流動(dòng)為層流。所以能量損失壓頭損失壓力損失hf64Re64973= 0.0658二 0.0658210 1.120.07 2=5.69J /kgW = 569 = 0.58mg 9.81：pf = $Wf =910 5.69 =5178Pa(2) 20r水的物性：998.2kg/m3， J = 1.005 10“ PasRed ：?um-0.07 998.2 2.21.005 105= 1.53 10流動(dòng)為湍流。求摩擦系數(shù)尚需知道相對(duì)粗糙度；d，查表，取鋼管的絕對(duì)粗糙度 0 2

16、；為 0.2mm,貝U0.0 02 8 6d 70根據(jù) Re=1.53 105及；d = 0.00286查圖，得 A 0.027所以能量損失Wf =l u2=0.02710 2.220.072= 9.33J/ kgWf 9 33壓頭損失hf -=0.95mg 9.81壓力損失二 p f = QWf =998.2 9.33 = 9313 Pa9.如附圖所示，料液由敞口高位槽流入精餾塔中。 塔內(nèi)進(jìn)料處的壓力為30kPa （表壓），輸送管路為（|45.5mm的無(wú)縫鋼管，直管長(zhǎng)為10m。管路中裝有180o 回彎頭一個(gè)，90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭一個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開(kāi)）一個(gè)。若維持進(jìn)料量為5m3/h， 問(wèn)高位槽中的

17、液面至少高出進(jìn)料口多少米？操作條件下料液的物性：890kg/m3， 1.2 10 Pa s，=0.036180o回彎頭=1.590o標(biāo)準(zhǔn)彎頭=0.75標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開(kāi)）= 6.4解：如圖取高位槽中液面為1-1面，管出口內(nèi)側(cè)為2-2截面，且以過(guò)2-2截 面中心線的水平面為基準(zhǔn)面。在1-1與2-2截面間列柏努利方程（取出口端內(nèi)側(cè)）:匕=Z2g丄U22 匹 2WP 29 2 2 P其中：Z1=h; U10 p1=0 （表壓）；Z2=0;p2=20kPa （表壓）；Vs5.3600U22竺d20.785X0.0424=1.1m/s管路總阻力送Wf =Wf +Wf=卜L +瓦匚XId丿2匸 =0.5 1

18、.5 0.756.4 =9.15f I、u2f101 12=10.98 J/kgEWf =九丄 +Zt0.036 漢上+9.15id 丿 2 i0.04 丿 2所求位差2h =(21 竺 iWf )/g =(30 10 丄 10.98)/9.81 =4.62mP 2890210.如圖所示，從自來(lái)水總管接一管段 AB向?qū)嶒?yàn)樓供水，在B處分成兩路各 通向一樓和二樓。兩支路各安裝一球形閥，出口分別為 C和D。已知管段AB、 BC和BD的長(zhǎng)度分別為100m、10m和20m （包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度），管內(nèi)徑皆為30mm。假定總管在A處的表壓為0.343MPa,不考慮分支點(diǎn)B處的動(dòng)能交換 和能量損失，且可認(rèn)

19、為各管段內(nèi)的流動(dòng)均進(jìn)入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)皆為0.03,試求:(2)（1） D閥關(guān)閉，C閥全開(kāi)（=6.4）時(shí)，BC管的流量為多少?D閥全開(kāi)，C閥關(guān)小至流量減半時(shí)，BD管的流量為多少？總管流量又為多少?解：（1）在A-C截面（出口內(nèi)側(cè)）列柏努利萬(wàn)程gzA竺齊2P 2-Za =ZcPc =0( 表)I AB IbC2Uc入閥）2+ 1 2AB 1 BCUC 入口 .閥 1)3.43 105 2/(0.03100 1010000.030.5 6.4 1)=2.41m/s八盲宀41寧小認(rèn)0.032-：（2） D閥全開(kāi)，C閥關(guān)小至流量減半時(shí)：B處能量損失）在A-D截面（出口內(nèi)側(cè)）列柏努利方程（不計(jì)分支點(diǎn)

20、2gzD亠Pa亠UagzAJ 2其中. Za = 0, Zd = 5mPd=0( 表)1 ABWf ,A_D = ( d2入口)2(2Ud閥)d2pA丨 AB、u / 丨 BDu= =5g入口）（ 丁 閥匕2 2= 4Vd /0.03 理=1414.7VdVcVdd240.85 10” V dD =1414.7Vd 1.20丄2(0.03)242 2100(1414.7Vd +1.20)220(1414.7Vd)2= 5x9.81+(0.03+0.5) D+(0.03+6.4 + 1)10000.0320.033.43 105化簡(jiǎn)得1.28 108V；1.7 105Vd -221.59 = 0解得：Vd =8.10